[发明专利]一种介电柔性薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种介电柔性薄膜及其制备方法。本发明介电柔性薄膜的制备方法，包括如下步骤：S1：以二氧化钛和硝酸铋为原料制备二维纳米钛酸铋；S2：将二维纳米钛酸铋加入有机溶剂中，混匀后加入PVDF，搅拌，得到二维钛酸铋/PVDF胶体；S3：采用溶液浇铸法将二维钛酸铋/PVDF胶体制成复合胶体薄膜；S4：对复合胶体薄膜进行干燥、热处理、淬火，得到介电柔性薄膜。本发明的介电柔性薄膜在耐击穿、介电常数、储能密度及储能效率等方面的性能优异。

技术领域

本发明涉及介电薄膜技术领域，尤其是涉及一种介电柔性薄膜及其制备方法。

背景技术

随着科技发展，移动电子设备、脉冲能量系统、新能源汽车等能源领域主导的能源市场开始对介电储能薄膜材料的储能性能(储能密度、储能效率)有着更高的追求。目前，聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物基柔性材料在能量收集领域有着广泛应用，但其较弱的铁电性严重制约了材料储能性能的提升。相比之下，将高介电常数的铁电陶瓷材料作为填料与PVDF基底复合，制备的复合薄膜表现出良好的储能性能。

然而，铁电陶瓷材料自身的性质对复合薄膜的击穿场强、储能密度等均具有一定的影响，引入该材料容易产生团聚效应导致击穿场强下降，既制约了储能密度的提升，同时无法大幅提高击穿场强。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介电柔性薄膜及其制备方法，该介电柔性薄膜在耐击穿、介电常数、储能密度及储能效率等方面的性能优异。

本发明提供一种介电柔性薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1：以二氧化钛和硝酸铋为原料制备二维纳米钛酸铋(简称为2D-BTO)；

S2：将二维纳米钛酸铋加入有机溶剂中，混匀后加入PVDF，搅拌，得到二维钛酸铋/PVDF胶体(简称为2D-BTO/PVDF胶体)；

S3：采用溶液浇铸法将二维钛酸铋/PVDF胶体制成复合胶体薄膜；

S4：对复合胶体薄膜进行干燥、热处理、淬火，得到介电柔性薄膜。

本发明的介电柔性薄膜将具有较高介电常数的铁电材料钛酸铋(BTO)作为填料与PVDF基底复合；特别是，钛酸铋采用二维纳米钛酸铋，该二维纳米钛酸铋在兼顾长径比、极化率的同时，还能在基底中形成电子传导屏障，阻止电子树的传导和延伸，从而有效提升击穿场强，进而提升总体的储能性能。

在本发明中，步骤S1包括：

S11：将二氧化钛与浓盐酸加入去离子水中，混匀，得到悬浊液A；

S12：将氢氧化钠溶液中加入悬浊液A，混匀，得到悬浊液B；

S13：将硝酸铋、浓硝酸、去离子水混匀，得到混合液C；

S14：在搅拌下将混合液C缓慢加入到悬浊液B中，继续搅拌，得到前驱体悬浊液D；

S15：将前驱体悬浊液D转移至反应釜中进行水热反应，得到悬浊液E；

S16：对悬浊液E进行离心、超声搅拌、干燥，得到二维纳米钛酸铋。

具体地，步骤S11中，二氧化钛与盐酸溶质的摩尔比为1：(3-5)，其中盐酸溶质指的是浓盐酸中的盐酸组分；浓盐酸与去离子水的质量体积比为(1.1-1.2)g：(18-22)mL。

步骤S12中，氢氧化钠溶液的浓度为0.002-0.004mol/mL；更具体地，氢氧化钠溶液的制备方法可以包括：将氢氧化钠固体在去离子水中充分搅拌至完全溶解，其中氢氧化钠固体与去离子水的质量体积比可以为(4.7-4.9)g：(38-42)mL。